A távérzékelő műholdak több száz kilométeres föld feletti pályáról készítik a Földet. A nyers hasznos adat nem használható közvetlenül; ehelyett egy teljes földi állomási berendezésre van szükség a rádiófrekvenciás vétel, digitalizálás, jelszinkronizálás, demoduláció és dekódolás, protokollelemzés és képrekonstrukció végrehajtásához, végső soron szabványosított, használható képtermékek előállításához. Ezek közül a VPX-architektúrájú nagy-sebességű alapsávi adatfeldolgozó eszköz -, azaz aTávérzékelési adatfeldolgozó berendezésA - a földi vevőrendszer központi csomópontjaként szolgál: az antenna RF vételi láncához kapcsolódik az elülső oldalon, és teljes, érvényes adatokat ad ki a gyors-megtekintési rendszereknek, tárolórendszereknek és iparág--specifikus munkaállomásoknak a háttérben. A következő szakasz átfogó bontást nyújt az eszköz szabványos feldolgozási munkafolyamatáról és hardverarchitektúrájáról, egy tényleges műhold--föld jelátviteli kapcsolat alapján.
1. Elülső-vég RF bemenet és digitális előfeldolgozási lánc
Amikor egy műhold elhalad a fejünk felett, a parabolaantenna rögzíti a műhold lefelé irányuló RF vivőjét. Alacsony-zajerősítővel (LNA) történő felerősítés és szűrés után a jelet egy kültéri lekonverterhez küldik, amely a nagy-frekvenciás RF jelet szabványos köztes frekvenciává alakítja. Az eszköz kétféle bemeneti specifikációt támogat:
1) Szabványos IF-bemenetek: Általános 70 MHz-es és 140 MHz-es IF-ek; a készülék egyedi megoldásként dedikált 720 MHz-es IF-vel konfigurálható;
2) L-sávú RF közvetlen bemenet: Támogatja az L-sávú jelek közvetlen bemenetét a 950–1500 MHz-es tartományban; egy beépített másodlagos lekonvertáló modul a jelet az eszköz szabványos köztes frekvenciájára alakítja.
Miután a köztes -frekvenciás jel betáplált az alapsávi berendezésbe, először automatikus erősítésszabályozáson (AGC) és közbenső-frekvencia-szűrésen esik át, majd egy nagy-sebességű analóg---digitális konverter (ADC) mintavételezi, ami az analóg jelet komplex középső{5}köztes digitális frekvenciává alakítja. Minden szinkronizálási, demodulációs és dekódolási művelet a digitális mintajel alapján történik.
A műhold pályán keringő nagy sebességű-mozgása miatt a lefelé irányuló jel a Doppler-eltolások széles skáláját hordozza. Az eszköz az FPGA-n belül tartalmaz egy vivőkövető hurkot, amely valós időben állítja be a helyi numerikus vezérlésű oszcillátor (NCO) frekvenciáját és fázisát, hogy folyamatosan kompenzálja a Doppler-eltolásokat és fenntartsa a stabil jelzárat. A szinkronizálási folyamat a szabványos mérnöki sorrendet követi: először a bitszinkronizálás, majd a vivő pontos követése. A bitszinkronizáló modul a mintavételezett adatfolyamból precíz szimbólumidőzítő órát von ki, egységes időreferenciát biztosítva a vivőhurokhoz és a szimbólumdöntéshez, ezáltal megakadályozza a szimbólum mintavételezési eltolását és a Doppler-eltolás által okozott zár elvesztését.
2. Több-formátumú demoduláció és csatornahiba-javító dekódolás
A szinkronizálás és a zárolás befejezése után a digitális szimbólumfolyam belép az FPGA hardveres demodulációs motorba. Az eszköz egy demodulációs IP magot tartalmaz, amely kompatibilis a főbb távérzékelő műholdrendszerekkel, és támogatja az olyan modulációs sémákat, mint a BPSK, QPSK, SQPSK, 16QAM és GMSK. Egyszerűen szoftverparaméterek váltásával, hardverlapok cseréje nélkül illeszthető a különböző műholdmodellekhez.
A térátviteli folyamat zajt és fadingot okoz, ami bithibákat okoz. A beépített adó-több-szintű csatornahiba-javító kódokat alkalmaz, az alapsávi berendezés pedig megfelelő dekódoló modulokkal van felszerelve: támogatja az RS kódokat, a konvolúciós Viterbi dekódolást és az LDPC soft-decision dekódolást. A hardveres párhuzamos gyorsítás nagy áteresztőképességű,
3. CCSDS szabványos deinterleaving, keretszinkronizálás és csomagelemzés
Minden polgári és kereskedelmi távérzékelési műhold egységesen megfelel a CCSDS Space Data System szabványnak, és a berendezés teljes mértékben megvalósítja a CCSDS végpontok közötti--végpontok közötti feldolgozást: A műhold lefelé irányuló kapcsolati adatait pszeudovéletlen sorrendben kódolják a vivőszivárgás megakadályozása érdekében; a dekódolás után először egy de-titkosító műveletet hajtanak végre az eredeti véletlenszerű bitfolyam visszaállítására.
A visszakódolás után a modul megkeresi és zárolja a konfigurálható keretszinkronizálási fejlécet, hogy megkeresse az egyes adatkockák kezdetét; ezt követően elemzi a keretfejlécmezőket a VCID (virtuális csatornaazonosító) és az APID (alkalmazási folyamatazonosító) kinyerésére, ezáltal megkülönbözteti az adatfolyamok többféle típusát: optikai/infravörös multispektrális hasznos adatcsomagok, műholdas telemetriai segédadatcsomagok, valamint a kártyán lévő kiegészítő attitűd és orbit adatok.
A rendszer APID alapján kategorizálja és irányítja a betöltési adatokat és a segédinformációkat; A segédadatokat a gyorsítótárban tárolják és külön archiválják, míg a tömörített képadat-csomagokat a képkitömörítő egységbe küldik független feldolgozás céljából.
4. Tömörített képek valós idejű kibontása- és rekonstrukciója a fedélzeten
A lefelé irányuló kapcsolat sávszélességének megőrzése érdekében az optikai, hiperspektrális és infravörös távérzékelő műholdak általában beépített -valós idejű-tömörítési modulokkal vannak felszerelve, amelyek kompatibilisek a három főbb tömörítési szabvánnyal:
1) Space Non{1}}destruktív vizsgálati szabvány: CCSDS 123 (kifejezetten multispektrális/hiperspektrális 3D képalkotáshoz);
2) Általános -célú veszteségmentes: JPEGLS;
3) Veszteséges nagy -hűségű tömörítés: JPEG 2000.
Az alapsávú eszköz több{0}}magos CPU-val és dekompressziós gyorsítóegységgel párosul. A csomagfejlécekben lévő tömörítési jelzők alapján adaptívan választja ki a megfelelő algoritmust, és dinamikusan állítja be a kitömörítési paramétereket a feldolgozási késleltetés és a képhűség egyensúlyához, teljes mértékben visszaállítva a -méter alatti-felbontású eredeti képeket, hogy megfeleljen a nagy-precíziós alkalmazások, például az országos földmérési, mezőgazdasági és erdészeti megfigyelések igényeinek.
5. VPX heterogén valós{1}}számítási architektúra (FPGA + több-magos CPU)
A távérzékelési adatfeldolgozó berendezés szabványos, strapabíró VPX házat használ, és heterogén párhuzamos architektúrát alkalmaz, amely az FPGA hardveres gyorsítást a több-magos CPU általános-célú számítástechnikával kombinálja. Ellentétben a tisztán szoftver-alapú több-magos megoldásokkal, csatornánként legfeljebb 800 Mbps valós idejű{5}}átviteli sebességet támogat:
1) FPGA logikai réteg: kezeli a magas-valós idejű-fizikai rétegfeladatokat-vivőkövetést, a bitszinkronizálást, a demodulációt, az LDPC/Viterbi dekódolást, a keretszinkronizálást, valamint a CCSDS de-kódolást és de{5}}keretezést{{6}7} párhuzamos folyamatot használva egy millió szintre. nagy sebességű-adatfolyamok nulla késleltetéssel;
2) Valós-szoftverréteg több-magos CPU-khoz: Felelős a képkitömörítésért, a gyors-nézet generálásért, a feladatok ütemezéséért, az állapotfigyelésért, az adatútválasztásért és -elosztásért, valamint a távoli műveletekért és karbantartásért;
3) Moduláris összeszerelősor-bontás: A vivőszinkronizálás, a demoduláció és a dekódolás, a protokollelemzés, a kitömörítés és a gyors előnézet, valamint az adatelosztás független feladategységekre van felosztva, és párhuzamosan ütemezve a CPU-magok és az FPGA-csatornák között.
A rendszer támogatja a szoftveres{0}}feladat-topológia újrakonfigurálását: a különböző paraméterekkel rendelkező műholdak közötti váltáskor a kezelő és karbantartó személyzet a háttérszoftvert használhatja a modul adatfolyamainak, kódsebességeinek, modulációs és kódolási paramétereinek, valamint keretszinkronizálási szavaknak az újrakonfigurálásához; az esetek túlnyomó többségében nincs szükség hardvermódosításra. Csak rádiófrekvenciás sávszélességre vagy meghatározott frekvenciasávra vonatkozó követelmények esetén szükséges az elülső -RF szűrőmodul cseréje.
6. Nagy-sebességű adatcsere és méretezhető tárolási megoldások
Az eszköz többféle nagy sebességű{0}}szolgáltatási interfésszel van felszerelve, hogy támogassa a végpontok közötti-to{2}}adatcserét az elő- és a hátsó végek között:
Elülső-bemenetek: 10-gigabites optikai portok és nagy-sebességű LVDS differenciális interfészek, amelyek RF-digitalizált adatfolyamokat fogadnak az előtérről;
Háttérkimenet: Gigabit Ethernet, 10 Gigabit Ethernet, tömörített videó és QuickView adatok terjesztésére szolgál;
Fürtök összekapcsolása: IB nagy{0}sebességű busz, elsősorban több-eszközös fürtök és nagy{2}}kapacitású háttértárak összekapcsolására szolgál; nem használják elülső-RF jelelérésre.
Az egyetlen csatorna szabványos feldolgozási sebessége 10 Mbps és 800 Mbps között van; kétcsatornás párhuzamos üzemmódban{2}} az átviteli sebesség megduplázódik. A tárhelyet egy külső lemeztömb bővíti, a tárolókapacitás lineárisan skálázódik a tömbben lévő merevlemezek számával és a hátlap sávszélességével. A hardveres bővítőhelyek és az I/O sávszélesség által támasztott korlátok miatt azonban a kapacitás nem bővíthető korlátlanul; elegendő a hatalmas mennyiségű távérzékelési adat napi tárolására vonatkozó követelmények teljesítése.
7. Teljes-kapcsolatos, valós idejű-minőség-figyelés és magas-megbízhatóságú működési támogatás
A rendszer hierarchikus állapotfigyelő csomópontokat telepít a teljes jelfeldolgozási láncban, hogy folyamatosan rögzítse a működési mutatókat:
1) Fizikai réteg: Demoduláció Eb/N0, valós idejű bithibaarány, vivő/bit szinkronizálás állapota, Doppler-eltolás;
2) Adatkapcsolati réteg: A keretszinkronizálási zárolások száma, a csomagellenőrző összegek eredményei és az APID csomagintegritási statisztikák;
3) Üzleti réteg: Dekompressziós képkockasebesség, QuickView kimeneti késleltetés és interfész átviteli terhelése.
Minden riasztási napló és működési mérőszám helyben, valós időben jelenik meg, és automatikusan archiválva és tárolva. A rendszer mind a helyi konzolon, mind a távoli web{1}}alapú hozzáférést támogatja a műveletekhez és a karbantartáshoz. Az eszköz katonai-minőségű, robusztus táblákat és széles-hőmérsékletű tápegységet használ, amelynek átlagos meghibásodási ideje (MTBF) legfeljebb 25 000 óra, és megfelel a földi állomásokon a hosszú -folyamatos, éjjel-nappali működés követelményeinek.
8. Projektvégrehajtás és ipari alkalmazások
A távérzékelési adatfeldolgozó berendezések e sorozatát nagy mennyiségben telepítették több hazai polgári távérzékelési műholdra, amelyek jelenleg keringenek, és minden típusú hasznos terhelést lefednek, -beleértve a látható fényt, a multispektrális, hiperspektrális és infravörös{1}}terhelést, és következetesen szub-méter magas{3}}képfelbontású termékeket állítanak elő. Széles körben alkalmazzák a polgári területeken, mint például a mezőgazdasági és erdészeti erőforrások felmérése, a vízvédelem és az árvízvédelmi monitoring, a természeti erőforrások feltérképezése és az intelligens várostervezés; Ugyanakkor sikeresen teljesített több nemzetközi kooperatív műhold--föld kapcsolati tesztelést, és kompatibilis a CCSDS-szabványos távérzékelési küldetésekkel több országból, stabil és megbízható feldolgozási teljesítményt mutatva még bonyolult Doppler és alacsony jel{8}}--zaj viszony mellett is.
9. Egyedi megoldások leírása
Ha egy földi állomáson vadonatúj{0}}műholdvevő rendszert kell felállítani, akkor eztTávérzékelési adatfeldolgozó berendezésátfogó,{0}}mélyreható testreszabást kínál: a köztes frekvencia (IF) középfrekvenciája, a modulációs/kódolási sémák, a CCSDS keretparaméterek, a nagy-sebességű interfésztípusok, a csatornák száma és a tárolókapacitás igény szerint konfigurálható. Teljeskörű-láncmegoldást biztosít az RF vételtől, a valós idejű alapsávi feldolgozáson- és az élő megjelenítésen át a háttér-tárolásig és terjesztésig.
Ha testreszabott konfigurációs tervet szeretne kapni projektjéhez, vagy a műszaki specifikációkat részletező fehér könyvet szeretné megkapni, kérjük, lépjen kapcsolatba műszaki csapatunkkal:info@satgroundapplication.com
